3故障电弧的防护

　　从总体上来讲，故障电弧的防护分积极防护和消极防护。前者防止电弧的产生，后者限制电弧的负面效应。

　　积极防护措施如下：

　　(1)结构措施：①将带电件绝缘和部分绝缘；②结构设计中不形成弧根；③采用耐弧绝缘材料；④设立隔离壁和隔板；⑤有足够的导体间距离、空气和爬电距离。

　　(2)使用的元件：①使用损失能量小的电气设备；②采取过电压保护。

　　(3)运行管理：①对设备进行检查和维护；②对设备进行空调；③检查接触和连接部位；④清洗和检验绝缘件。

　　(4)防止误操作：①进行电气和机械联锁；②进行人员培训。

　　消极措施主要是限制电弧产生的消极效应。消极措施包括：

　　(1)空间限制：①使用耐压和耐热的材料；②设备总体按耐压温度和耐热性设计。

　　(2)限制电弧能量：①通过带短路装置的故障电弧防护装置限制电弧持续时间；②通过限流器限制电弧的能量。

　　内部故障电弧的能量很大，其危害极大。如在一条短时耐受电流为25kA和电弧电压约为600V的20kV电力系统中，电弧释放的能量为40.5MJ。这个能量可使15.6L的水在1s内蒸发，或使42kg的铁在1s内熔化。

　　内部故障电弧释放的大量能量，会使压力急骤上升，并造成严重的热效应。因此，开关设备制造商已认识到内部故障电弧造成的严重后果，纷纷在自己的开关设备上采取措施，限制内部故障电弧的效果，减少其影响。一般来说，一个性能好的开关设备均采取积极和消极这两种措施，以达到最佳限制内部电弧的效果。在现有的消极措施中，故障电弧防护装置是减少电弧能量的好方法。

　　4“Arcon”故障电弧防护装置

　　该故障电弧防护装置由传感技术、计值单元和灭弧装置组成，以确保最大人身和设备安全。这是德国Moeller公司研制的新品。它将故障电弧的效应限制到它的弧根处。该装置在排除了故障原因和交换灭弧装置后又作好了运行准备。

　　当出现故障电弧时，传感器检测到发射的光和电弧电流，并在主控制器内计值。主控制器将灭弧命令下达给灭弧装置。灭弧装置(ARC—AT)形成一个并行于故障部位的三相金属短路。由于母线上电压降低，使之燃弧所需的电压下降，电弧在点燃后不到2ms内(65kA时)熄灭。这就意味着未达到造成破坏的最大值。由灭弧装置产生的三相短路被断路器开断。

　　这种故障电弧检测装置由光和电流传感器及电子计值单元组成。基于光纤的光传感器可以监视主母线和支母线以及所有母线连接和接头系统。在这里还用点传感器取代线传感器来监视设备。电弧电流的检测通过每个断路器前的测量互感器。在故障电弧情况下，由传感器监测和处理发射的光和电弧电流。所有为故障电弧的主母线供电的断路器脱扣，并开断电弧。

　　故障电弧检测装置的总开断时间主要取决于断路器的动作时间，介于30～70ms之间。

　　脱扣单元监视2个单独的母线段，并相应地接到各母线段所属的灭弧装置。在设备内，装有多个计值单元。它们通过一个通信总线相连。

　　总之，采用故障电弧防护装置可使电弧在产生的初始阶段被熄灭，从而保护人身和设备的安全。

　　Moeller公司与伊尔梅瑙工业大学在开关柜门打开的情况下对Arcon故障电弧防护装置进行了试验。试验表明，Arcon故障电弧防护装置大大减小了人身受伤害的风险。